專利名稱：一種太陽能供電無線傳感器網絡節點用供電電源的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于無線傳感器網絡節點供電技術領域，尤其是涉及一種太陽能供電
無線傳感器網絡節點用供電電源。
背景技術：
近年來，隨著移動電話、便攜式電腦以及各種便攜式電子產品的普及，人們對電池 的需求大幅度增加。作為嵌入式設備的唯一能量來源，如何利用有限的電能為嵌入式設備 提供最高性能，是嵌入式設備中電源管理的主要目標。傳統的電源管理策略對系統即時功 耗、電池充電控制、充放電判別及電池容量的檢測不夠理想，常常造成電池壽命及性能降 低。 目前，對電池的研究較注重于充電器研制及功率轉換效率的改良，對于電池的充 電控制策略及充電狀態檢測的研究較少。電池充電技術的發展重點包括殘電容量檢測、快 速充電技術、智能電池檢測、可延長電池壽命及保護電池的充電技術等，而許多應用必須能 兼顧能量密度與電池壽命且不受快速充電及深度放電的影響。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種太陽 能供電無線傳感器網絡節點用供電電源，其設計合理、成本低、智能化程度高、功耗小且工 作性能可靠、控制嚴謹，保證供電電池在不同狀態下都可以為無線傳感器節點提供盡可能 長的工作時間。 為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是一種太陽能供電無線傳感 器網絡節點用供電電源，其特征在于包括無線傳感器網絡節點的控制模塊、為控制模塊供 電且由控制模塊進行控制的可充電電池、與可充電電池相接的太陽能電池板、對無線傳感 器網絡節點周側光照強度進行檢測的光照傳感器以及與可充電電池相接且對可充電電池 的輸出電壓和/或輸出電流進行檢測的電壓/電流檢測電路，所述光照傳感器接控制模塊， 所述可充電電池與控制模塊相接。 還包括通過無線通信模塊與控制模塊進行雙向通信的終端計算機，所述無線通信 模塊與控制模塊相接。
本實用新型與現有技術相比具有以下優點 1、所用供電電源結構簡單、體積小、安裝方便且成本低。 2、智能化程度高且工作性能可靠。 3、使用操作簡便，設計合理、控制嚴謹且功能完善、使用效果好、功耗小，首先能智 能確定充放電門限值，且能使可充電電池一直保證最大供電能力，同時還能在某些不利情 況下保持可充電電池對整個無線傳感器節點的供電能力；其次是根據當前電池的不同電壓 電流值，智能切換無線傳感器節點的工作狀態，保證可充電電池在不同狀態下都可以為無 線傳感器節點提供盡可能長的工作時間。[0011] 綜上所述，本實用新型設計合理、成本低、智能化程度高、功耗小且工作性能可靠、 控制嚴謹，保證供電電池在不同狀態下都可以為無線傳感器節點提供盡可能長的工作時 間。 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本實用新型的工作原理圖。 圖2為利用本實用新型對無線傳感器網絡節點進行供電的方法流程圖。
附圖標記說明 1-可充電電池；2-控制模塊； 3_太陽能電池板； 4_光照傳感器；5-數據存儲模塊；6-無線通信模塊； 7_終端計算機；8-電壓/電流檢測電路。
具體實施方式如圖1所示，本實用新型包括無線傳感器網絡節點的控制模塊2、為控制模塊2供 電且由控制模塊2進行控制的可充電電池1、與可充電電池l相接的太陽能電池板3、對無 線傳感器網絡節點周側光照強度進行檢測的光照傳感器4以及與可充電電池1相接且對可 充電電池1的輸出電壓和/或輸出電流進行檢測的電壓/電流檢測電路8，所述光照傳感 器4接控制模塊2，所述可充電電池1與控制模塊2相接。本實施例中，還包括通過無線通 信模塊6與控制模塊2進行雙向通信的終端計算機7，所述無線通信模塊6與控制模塊2相 接。 實際用用過程中，所述無線傳感器節點包括控制模塊2以及分別與控制模塊2相 接的數據存儲模塊5、無線通信模塊6、傳感器模塊和供電電源，所述控制模塊2通過無線通 信模塊6與終端計算機7進行雙向通信。多個無線傳感器節點以自組網方式組成無線傳感 器網絡，并且網關節點將多個傳感器節點所采集數據打包后上傳至終端計算機7。 如圖2所示，利用本實用新型對太陽能供電無線傳感器網絡節點進行供電時，包 括以下步驟 步驟一、通過終端計算機7向控制模塊2輸入Vmax、 Vhigh、 Vlow和Vdanger的預 設值且將所輸入的Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger值均存入與控制模塊2相接的數據存儲模 塊5中； 電壓/電流檢測電路8對可充電電池1的輸出電壓和/或輸出電流進行檢測并將 所檢測信號同步上傳至控制模塊2，控制模塊2對電壓/電流檢測電路8所傳送的檢測信號 進行分析判斷并相應得出可充電電池1的輸出電壓值V，控制模塊2根據可充電電池1的輸 出電壓值V以及所輸入的Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger值相應對數據存儲模塊5中的電壓 標識值Vf lag進行賦值當可充電電池1的輸出電壓值V > Vmax時，控制模塊2將電壓標識 值Vflag保存為"0"后輸出；當可充電電池1的輸出電壓值V < Vlow時，控制模塊2將電 壓標識值Vflag修改為"l"后輸出；其中Vmax為可充電電池1的充電電壓峰值，Vlow為所 述無線傳感器網絡節點進行稀疏采樣時可充電電池1的最低輸出電壓值且當V < Vlow時 所述無線傳感器網絡節點停止采樣，Vhigh為所述無線傳感器網絡節點進行正常采樣時可
4充電電池1的最低輸出電壓值V < Vhigh時所述無線傳感器網絡節點進入稀疏采樣狀態，
Vdanger為無線傳感器節點處于危險狀態的供電電壓值即警告電壓。 步驟二、控制模塊2讀取數據存儲模塊5中所存儲的電壓標識值Vflag ; 步驟三、控制模塊2判斷Vflag的數值是否等于"1 "，具體包括以下步驟 第一步當Vflag = 1時，控制模塊2將可充電電池1調整為充電模式，通過太陽
能電池板3將太陽能轉換為電能后逐步為可充電電池1充電，充電過程中控制模塊2通過
電壓/電流檢測電路8檢測判斷可充電電池1的輸出電壓值V且當輸出電壓值V > Vmax
時，充電過程結束，控制模塊2將電壓標識值Vflag修改為"O"后進行重啟，并返回步驟一。 第二步、當Vflag = 0時，控制模塊2將可充電電池1調整為供電模式且通過電壓
/電流檢測電路8周期性檢測可充電電池1的輸出電壓值V并對輸出電壓值V進行分析比
較和判斷，具體過程如下 第1步、當輸出電壓值Vhigh《V《Vmax時，說明無線傳感器網絡節點工作在正 常采集及正常上報狀態，控制模塊2告知與所述無線傳感器網絡節點進行雙向通信的網關 節點按照預設的采樣及上報周期進行正常的數據采集和上報； 第2步、當輸出電壓值Vlow《V < Vhigh時，說明無線傳感器網絡節點工作在稀 疏采集及稀疏上報狀態，控制模塊2告知所述網關節點按照延長的采樣周期進行稀疏的數 據采集和上報； 第3步、當輸出電壓值V < Vlow時，說明無線傳感器網絡節點處于停止采樣狀態， 控制模塊2控制所述無線傳感器網絡節點停止采樣并啟動光照傳感器4對該無線傳感器網 絡節點周側的光照強度進行檢測并分析判斷此時的光照強度是否滿足預設的強度要求當 光照強度足夠時，控制模塊2將電壓標識值Vflag修改為"1"，同時控制模塊2將可充電電 池l調整為充電模式，進入第一步；反之，當光照強度不足夠時，控制模塊2告知所述網關節 點按照極低的采樣周期進行數據采集和上報。 第4步當輸出電壓值V《Vdanger時，說明無線傳感器網絡節點的供電電壓過 低且已處于危險狀態，此時控制模塊2啟動光照傳感器4對該無線傳感器網絡節點周側的 光照強度進行檢測并分析判斷此時的光照強度是否滿足預設的強度要求當光照強度足夠 時，控制模塊2將電壓標識值Vflag修改為"1"，同時控制模塊2將可充電電池1調整為充 電模式，進入第一步；反之，當光照強度不足夠時，控制模塊2將所述無線傳感器節點調整 進入休眠狀態。 本實施例中，第3步和第4步所述的控制模塊2將電壓標識值Vflag修改為"1" 時，控制模塊2通過與其相接的無線通信模塊6向終端計算機7發出一無線傳感器節點進 入充電狀態的狀態信息；反之，當光照強度不足夠時，控制模塊2將所述無線傳感器節點調 整進入休眠狀態，并且控制模塊2通過與其相接的無線通信模塊6向終端計算機7發出一 告警信息。另外，第3步和第4步所述的控制模塊2將電壓標識值Vflag修改為"l"時，控 制模塊2切斷與其相接外圍電路的供電回路且將自身工作模式調整為休眠狀態；相應地， 第二步中所述的當Vf lag = 0時，控制模塊2將自身的工作工作模式調整為工作狀態，并接 通且與其相接外圍電路的供電回路。 實際使用前，可以通過控制模塊2輸入預先設定的Vhigh、 Vlow和Vdanger數值， 其中Vmax為可充電電池1的充電電壓峰值，略小于可充電電池1的最大電壓值，且Vmax會隨著充電次數的增加而逐漸降低。Vmin為可充電電池1為新充電電池時的最小電壓值，但 是為了保護電池一般不為0。正常工作狀態下，可充電電池1的輸出電壓值V處于Vhigh和 Vlow之間，其中Vhigh是一個接近于Vmax的電壓值，Vlow是一個接近于Vmin的電壓值， Vdanger是警告電壓。 采用本實用新型所述的太陽能供電無線傳感器網絡節點用供電電源進行供電時， 控制模塊2根據可充電電池1的輸出電壓值V相應調整無線傳感器節點的工作模式，具體 而言，可充電電池l的輸出電壓值V不同時，無線傳感器節點以不同的采樣周期進行工作。 1)、當可充電電池1的輸出電壓值V G (Vhigh， Vmax]時，無線傳感器節點工作在 正常狀態，按照預設采樣周期進行數據采集并上報； 2)、當可充電電池1的輸出電壓值V G (Vlow， Vhigh]時，無線傳感器節點工作在 稀疏狀態，此時將延長采樣周期然后上報數據； 3)、當可充電電池1的輸出電壓值V《Vlow時，無線傳感器節點不再進行采樣，而 是判斷當前光照條件 i、如果光照足夠，則控制模塊2發送一條狀態信息至終端計算機7，表示無線傳感 器節點進入充電狀態，直至可充電電池1的電量充滿； ii、如果光照很低，則控制模塊2發送一條預警信息至終端計算機7，表示無線傳 感器節點進入極低工作狀態，此時無線傳感器節點以非常低的頻率采樣并上報，或者只上 報部分狀態數據； iii、當光照很低，且無線傳感器節點的電量繼續下降至Vdanger時，無線傳感器 節點相應發送一條警告信息至終端計算機7，此時無線傳感器節點進入休眠狀態。 本實用新型還具有日志記錄功能，無線傳感器節點的控制模塊2會自動記錄可充 電電池1充電至Vhigh的時刻及Vhigh值，放電至Vlow的時刻及Vlow值，放電至Vdanger 的時刻及Vdanger值。每進行數次充放電過程后，無線傳感器節點的控制模塊2將此日志 信息上報至終端計算機7，供后臺進行分析。 所述Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger數值具有自適應校準，可充電電池1經過一段 時間的充放電后，可充電電池1的最大電壓會逐漸變小，如果不更改Vmax和Vhigh的值，就 會造成可充電電池1的過充，極大縮短可充電電池1的使用壽命。這種情況下終端計算機 7會向無線傳感器節點的控制模塊2發送一條命令，向數據存儲模塊5即EEPR0M寫入新的 Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger的數值。無線傳感器節點的控制模塊2向數據存儲模塊5寫 入新的Vmax、Vhigh、Vlow和Vdanger值后，向終端計算機7發送一條反饋消息并重啟，此后 控制模塊2就會按照新的Vmax、 Vhigh、 Vlow和Vdanger值控制可充電電池1的充電過程。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根 據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍 屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
權利要求一種太陽能供電無線傳感器網絡節點用供電電源，其特征在于包括無線傳感器網絡節點的控制模塊(2)、為控制模塊(2)供電且由控制模塊(2)進行控制的可充電電池(1)、與可充電電池(1)相接的太陽能電池板(3)、對無線傳感器網絡節點周側光照強度進行檢測的光照傳感器(4)以及與可充電電池(1)相接且對可充電電池(1)的輸出電壓和/或輸出電流進行檢測的電壓/電流檢測電路(8)，所述光照傳感器(4)接控制模塊(2)，所述可充電電池(1)與控制模塊(2)相接。
2. 按照權利要求1所述的一種太陽能供電無線傳感器網絡節點用供電電源，其特征在 于還包括通過無線通信模塊(6)與控制模塊(2)進行雙向通信的終端計算機(7)，所述無 線通信模塊(6)與控制模塊(2)相接。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能供電無線傳感器網絡節點用供電電源，包括無線傳感器網絡節點的控制模塊、為控制模塊供電且由控制模塊進行控制的可充電電池、與可充電電池相接的太陽能電池板、對無線傳感器網絡節點周側光照強度進行檢測的光照傳感器以及與可充電電池相接且對可充電電池的輸出電壓和/或輸出電流進行檢測的電壓/電流檢測電路，光照傳感器接控制模塊，可充電電池與控制模塊相接。本實用新型設計合理、成本低、功耗小且工作性能可靠，保證供電電池在不同狀態下都可以為無線傳感器節點提供盡可能長的工作時間。
文檔編號H02J7/00GK201533184SQ200920244940
公開日2010年7月21日 申請日期2009年10月27日 優先權日2009年10月27日
發明者吳曉華, 蒙海軍, 高濤 申請人:西安迅騰科技有限責任公司